董孟憲，劉玉愛，孫衍國

(山東廣富集團(tuán)有限公司，山東 濱州 256217）

某公司生產(chǎn)的ER50-6焊絲，在大盤層繞為成品小盤過程中，在小盤上突然崩斷數(shù)節(jié)，兩側(cè)焊絲甩出，極易擊傷作業(yè)人員。發(fā)生工傷事故誰來擔(dān)責(zé)？未用盤條和已生產(chǎn)焊絲能否繼續(xù)使用？問題的嚴(yán)重性和緊迫性都很強(qiáng)。本文僅從技術(shù)層面予以分析。

焊絲斷口呈“筆尖狀”，斷面發(fā)黑，僅外圓區(qū)可見新鮮斷面，應(yīng)為酸洗前裂紋已透至表面，浸入酸液、堿液所致。斷口鄰近區(qū)段約400mm范圍內(nèi)，用手彎折即斷，見圖1。

其基本生產(chǎn)工藝為：φ5.5mm盤條開卷—機(jī)械脫鱗—酸洗硼化—粗拉拔—精拉拔—酸洗、堿洗—鍍銅—大盤卷繞—小盤層繞—檢驗(yàn)包裝—入庫。

圖1 焊絲的斷口形貌

1 化學(xué)成分分析

斷絲的主成分用濕法分析，與同批次的熔煉成分（直讀光譜分析，簡稱成分）相近，見表1。

表1 焊絲的化學(xué)成分Wt（%）

（續(xù)表1）

化學(xué)成分合格。

2 金相分析

2.1 斷裂焊絲分析

筆尖狀斷口的匹配斷面（見圖1左）底部有見底與不見底（孔洞）兩種形式?？v截面上二者的非金屬夾雜物含量均較低，見底斷口樣的中心區(qū)帶分散孔隙較少，兩邊有呈周期性分布的錐形裂面，而不見底樣的心部有密集分布的孔隙，底部區(qū)孔隙發(fā)達(dá)，約呈雙45°方向裂開。在其鄰近的孔隙帶上，也有斜45°方向、串起孔隙的微裂紋，見圖2、圖3。

圖2 焊絲不同的斷裂形貌

圖3 φ1.2mm焊絲孔隙帶中的裂紋

在ER50-6盤條中，孔隙是不存在的。160mm方坯熱軋成φ5.5mm盤條，總的軋制比達(dá)1078，任何結(jié)晶過程中產(chǎn)生的疏松性“空隙”均能夠被軋合；鋼液精煉中保證充分地脫氧，強(qiáng)化造白渣操作，鋼液氧含量均控制在20ppm～35ppm；冶金原輔料、保護(hù)渣、大包、中包等正常烘烤到位，基本不會(huì)出現(xiàn)氧氣泡和氫氣泡的情況，而且也不應(yīng)出現(xiàn)在心部。這種孔隙只能在冷態(tài)拉拔中產(chǎn)生。

腐蝕后的金相組織均為變形態(tài)的鐵素體+索氏體（黑色）+塊狀馬氏體（淺黃色）。

拉拔中，作為主體相的鐵素體被劇烈拉長，尺寸細(xì)小的索氏體離解成帶狀鐵素體及其上碎斷、彌散分布的滲碳體，這正是軋后控冷所期望達(dá)到的效果，而包裹于索氏體區(qū)域的馬氏體相性硬而脆，要么碎裂沿變形方向分布，要么成為大的“孤島”，二者均會(huì)阻礙、割裂軟相流變，原結(jié)合區(qū)逐漸解離形成“孔隙”。見圖4、圖5。

兩種斷口的差異在于馬氏體的塊度與孔隙的大小及其集中程度。

宏觀而言，拉伸軸向的45°方向面是最大剪應(yīng)力面，抗剪切強(qiáng)度低，孔隙的存在促進(jìn)在該方向上的裂紋形成和擴(kuò)展連接，進(jìn)而造成“筆尖”狀破壞。

圖4 焊絲錐形開裂的組織

圖5 硬相區(qū)的孔隙形貌

關(guān)于硬相組織的定性問題，有的論文定性為馬氏體[1]，而有的論文則定性為貝氏體[2]。如何定性，要看具體的金相特征。圖6為ER50-6鋼的“CCT”轉(zhuǎn)變曲線，較快冷速的盤條則可能落入B或B+M組織區(qū)域。粒狀貝氏體為條、塊狀的鐵素體內(nèi)分布著眾多小島狀的復(fù)相組織，組織黑白分明；而馬氏體相在微區(qū)內(nèi)板束特征不明顯，為黃色相。在拉拔中B中的復(fù)相小島趨于鏈狀聚集，變形性能遠(yuǎn)優(yōu)于M。

圖6 ER50-6鋼的動(dòng)態(tài)CCT曲線

2.2 同批次盤條檢驗(yàn)

取同批ER50-6盤條檢驗(yàn)，組織致密，未見孔隙，金相組織為：鐵素體+索氏體+少量塊狀馬氏體，見圖7。在拉拔中，隨著直徑的減小和前兩相的伸長變形，馬氏體相呈現(xiàn)逐步顯露和集中的趨勢。

圖7 同批盤條的組織

3 分析討論

ER50-6盤條具有優(yōu)良的拉拔性能，行業(yè)內(nèi)不少廠家生產(chǎn)的盤條可拔細(xì)至φ0.80mm而不斷裂，這種斷裂肯定有其工藝、技術(shù)方面的原因。

對(duì)于焊絲層繞斷裂的問題，在大盤焊絲（注：直徑為φ370mm～φ620mm）轉(zhuǎn)換為小盤焊絲（注：直徑為φ140mm～φ270mm）過程中增加了彎曲角度和彎曲應(yīng)力，層繞僅起到了誘發(fā)作用，把前道工序的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展、延伸至表面，導(dǎo)致最后崩斷。

在拉拔變形中，φ5.5mm盤條逐步減細(xì)至φ1.2mm，總的變形量較大，但拉拔道次多，粗拉和精拉各經(jīng)過6道次，粗、精拉的最大減徑量分別為φ0.70mm和φ0.27mm，依次遞減，精拉的末道次減徑量僅為φ0.10mm。一方面，材料的冷變形、硬化在不斷累積，另一方面，在連續(xù)的拉拔中，裸線經(jīng)過冷拔模因摩擦熱和變形熱的作用，使裸線溫度在300℃左右循環(huán)，相當(dāng)于去應(yīng)力退火的回復(fù)、消解過程也在不斷進(jìn)行，在某種程度上保證了拔細(xì)作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行。

ER50-6焊絲基于滿足拔細(xì)性能以及后續(xù)焊接中熔池脫氧冶金、保證焊縫強(qiáng)度等要求，化學(xué)成分按低碳、高硅、高錳進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮生產(chǎn)的波動(dòng)和不同組分配比而劃定了一定的變化范圍。本例中碳、錳、硅均取中限，強(qiáng)化了奧氏體的穩(wěn)定性，提高了鋼的淬透性，使其“CCT”轉(zhuǎn)變曲線向右、下方移動(dòng)（參見圖6），生產(chǎn)中需要接近等溫的方式冷卻，避開B或B+M轉(zhuǎn)變區(qū)。在保溫罩總長度一定的情況下，需要適當(dāng)降低吐絲溫度（稍高于相變點(diǎn)）、降低輸送輥道速度，在保溫罩內(nèi)完成組織轉(zhuǎn)變。同時(shí)，采用輥道幾次突然加速、抖開搭接點(diǎn)的高溫區(qū)帶，保證盤條的通條性。

在實(shí)際控制中，工藝要求按照參照YB/T169-2014[3]的方法控制索氏體含量，圖6中珠光體區(qū)帶十分窄狹、靠右，再細(xì)分珠光體、索氏體、屈氏體區(qū)已十分困難，而且規(guī)格僅φ5.5mm，控制不當(dāng)極易落入B或M區(qū)，而該組織遠(yuǎn)比索氏體危害大。即使產(chǎn)生珠光體，其片層也不可能充分發(fā)育，在高度拉拔中滲碳體薄片也可以碎化，這種控制不但無益徒增困擾，試驗(yàn)出來的工藝適用范圍窄，經(jīng)不起環(huán)境溫度、初軋溫度、水溫、水壓等方面的變化。應(yīng)用上，控制硬化相的量實(shí)際效果更好。

據(jù)查，發(fā)生脆斷盤條的生產(chǎn)日期為1月份，時(shí)至寒冬，部分批次又為降雪的夜間生產(chǎn)。環(huán)境的變化需要及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，如適當(dāng)提高吐絲溫度、改變控冷條件等來保證組織、性能。

通過前述分析，提出針對(duì)性地改進(jìn)措施，通過生產(chǎn)試驗(yàn)，達(dá)到了理想效果，類似問題不再發(fā)生。